هدف از این پایان نامه طراحی و ساخت سیستم تخلیه پلاسما با الکترود مایع می باشد. این نوع از سیستم ها برای سنتز الکتروشیمیایی نانو ذرات فلزی که در نانو تکنولوژی بسیار پر اهمیت می باشند، مناسب است. سیستم طراحی شده در این پایان نامه متشکل از یک سلول پیرکس تقریباً استوانه ای به قطر20 میلیمتر و ارتفاع 10 میلیمتر می باشد که به یک لوله پیرکسی به ارتفاع 400 میلیمتر متصل شده است. یک سیم نازک تنگستن به قطر 1 میلیمتر درون هر دو سلول پیرکسی و لوله جوش خورده است. با قرار دادن یک بره توری استیل ضد زنگ به قطر 20 میلیمتر درون سلول پیرکسی، اتصال مایع درون سلول به توان الکتریکی مورد نظر امکان پذیر است. الکترود دوم به صورت قرصی از جنس مس بوده که می تواند در فاصله دلخواهی از الکترود توان داده شده قرارداده شود. این الکترودها درون یک اتاقک پیرکسی استوانه ای به ابعاد 400×94 میلیمتر مربع قرار داده می شوند. با طراحی و ساخت مناسب فلنج ها، ورودی گاز، اتصال فشارسنج، اتصال الکتریکی، و برخی اتصالات جهت آشکارسازها مورد نظر، سیستم تا 03/0تور توسط پمپ روتاری ( tow stage-ve280nd-9cfm ) خلاء سازی گردید. آزمایش اول این سیستم تولید پلاسمای آرگون با استفاده از مایع یونی ا- بوتیل 3- متیل امیدازولیوم تترافلئوروبرات به عنوان الکترود توان داده شده بود. اثر الکترود مایع بر روی ولتاژهای شکست گاز در pd’s مختلف بررسی گردید. نشان داده شد که ولتاژهای شکست به طور چشمگیری با استفاده از الکترود مایع کاهش یافتند.

سیستم های پلاسمای کانونی به عنوان دستگاه قدرتمند تولید پلاسما با طول عمر کوتاه، دما و چگالی بالا برای تولید سه ذره اصلی، نوترون های پر سرعت ناشی از واکنش های همجوشی هسته ای دوتریوم، پرتوهای ایکس قوی ناشی از برهمکنش گازهای کاری با آند در اتاقک تخلیه و ذرات بار دار پر انرژی مثل یون ها و الکترون های داغ، شناخته شده اند. در این سیستم ها با تخلیه یک جریان الکتریکی از مرتبه مگا آمپر در یک گاز، ستون متراکمی از پلاسما با چگالی و دمای بالا تولید شده و نهایتا پرتوهای مختلف از ناحیه تنگش گسیل می شوند. در این پروژه از دو راه به بررسی اشعه ایکس گسیلی از دستگاه پلاسمای کانونی پرداخته ایم. نخست مطالعه نسبی روی گسیل اشعه ایکس با گازهای کاری نیتروژن، اکسیژن و آرگون در شرایط مختلف انجام شده است. این بررسی مستقیما بر روی تصاویر گرفته شده با دوربین روزنه سوزنی انجام شده و رابطه بین تغییر طول و عرض تنگش با افزایش ولتاژ و هم چنین عدداتمی بررسی شده است. و همچنین رابطه ما بین زمان ماکزیمم جریان و زمان تابش اشعه ایکس برای این سه گاز مورد بررسی قرار گرفته است. که در نهایت برای هر گازی بهینه تابش اشعه ایکس در یک فشار و ولتاژ مشخص بدست آمده است. از میان ناپایداری ها، ناپایدارهای های سوسیسی مشاهده شده در آزمایشات نیز بررسی شده اند. و در روش دوم برای دستیابی به اطلاعات چشمه از تصاویر حاصل از دوربین روزنه سوزنی از اپتیک فوریه در پردازش تصویر استفاده می شود. تکنیکی که برای پردازش تصاویر گرفته شده از دوربین روزنه سوزنی استفاده می شود، تکنیک نیم سایه خوانی نام دارد. مناطق داغ پلاسماها و جهت حرکت آنها با استفاده از این روش تعیین می شود.

دستگاه پلاسمای کانونی (pf) علاوه بر اینکه منبع قوی برای تولید نوترون و اشعه x است یک منبع شناخته شده برای تولید باریکه‏های یون پرانرژی با انرژی‏های چندین kev و بالاتر می‏باشد. علاوه بر مفید بودن pf در تحقیقات همجوشی و یا مطالعات پلاسما، پیشنهادهای متعددی برای استفاده از تابش الکترومغناطیسی یا باریکه ذرات پر انرژی ایجاد شده در دستگاه pf برای کاربردهای تکنولوژیکی وجود دارد. به منظور بررسی این فرایندهای تکنولوژیکی بدست آوردن اطلاعات قابل اعتماد از طیف انرژی و شار یون و دمای پلاسمای مربوطه مورد نیاز است. در این پایان‏نامه گسیل یون‏های آرگون از دستگاه پلاسمای کانونی سهند بررسی شده است. و از فنجان فارادی دو سر باز برای آشکار کردن یون‏های آرگون استفاده شده است. روشی برای تحلیل و مشابه سازی سیگنال‏های فنجان فارادی پویا با بایاس صفر بدست آورده شد و با استفاده از برازش، نتایج با سیگنال‏های تجربی شار یون‏های آرگون تولید شده در تنگش مورد سنجش قرار گرفته است. همچنین شار یون‏های مورد نظر با استفاده از طیف انرژی سیگنال‏های فنجان فارادی بدست آورده شده و با مقدار متناظر بدست آمده از روش مشابه سازی شده فنجان فارادی پویا مقایسه شده است و همخوانی معنی‏داری مشاهده گردیده است. شار و دمای یون‏های آرگون پر انرژی با استفاده از فنجان فارادی استاتیک بدست آمده است

دستگاه پلاسمای کانونی، به لحاظ خصوصیات منحصربفرد خود، خواستگاه انجام آزمایشات و مطالعات فراوانی در سالهای اخیر برای استفاده در دستیابی به انرژی همجوشی هسته ای بوده است. با توجه به وجود تابشهای قوی اشعه ایکس و میدانهای مغناطیسی خود تولیدی در ناحیه تنگش، وجود پیکربندی هایی با نام نواحی داغ که جایگاه اصلی انجام واکنش های گرما هسته ای می باشند به اثبات رسیده است و مطالعاتی برای آشکار سازی خصوصیات آنها انجام گرفته است. در این راستا مطالعه دقیق دستگاه پلاسمای کانونی چه از لحاظ تئوری و چه عملی حائز اهمیت می باشد. از آنجا که مطالعه دینامیک پلاسمای موجود در این سیستم از لحاظ تجربی با محدودیت های مختلفی همراه است، لذا لزوم شبیه سازی این سیستم و مطالعه عددی پلاسما در ناحیه تنگش دارای اهمیت وافری است. به همین منظور در این پروژه به مطالعه خصوصیات نواحی داغ و همچنین استخراج معادلات توصیفگر پلاسما و تحولات زمانی و مکانی آن پرداخته شده است. همچنین روشهای مختلف ایجاد میدان های مغناطیسی خود تولید در این سیستم مورد مطالعه قرار گرفته و رابطه ای کلی برای تخمین میدان مغناطیسی با استفاده از قانون اهم تعمیم یافته استخراج شده است. سپس یک کد کامپیوتری سه بعدی جهت کسسته سازی معادلات و شبیه سازی پلاسما با استفاده از روش المان محدود نگارش یافته است. لازم بذکر است که در نوشتن این کد از زبان برنامه نویسی فرترن استفاده شده است. با استفاده از این کد کلیه خصوصیات پلاسما از جمله چگالی، دما، سرعت و همچنین تشکیل میدان های مغناطیسی خود بخودی که از مهمترین عوامل تشکیل نقاط داغ می باشند در طول زمان محاسبه شده و مورد بررسی قرار گرفته اند.